实验三 验证力的平行四边形定则-2021年高考物理必考实验专题突破

实验三　验证力的平行四边形定则（原卷版） 1.实验原理 　　等效思想:互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的作用效果,看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F'在实验误差允许范围内是否相同。 2.实验器材 　　方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳及细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(多个)、铅笔。 3.实验步骤 　　(1)仪器安装 ①用图钉把白纸钉在水平放置的方木板上。 ②用图钉把橡皮条的一端固定在A点,如图所示,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。 (2)测量与记录 ①用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O。记录两弹簧测力计的读数F1、F2,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。 ②只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数F'和细绳的方向。 (3)换白纸,改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。 4.数据分析 　　(1)用铅笔和刻度尺从力的作用点(位置O)沿着两绳的方向画直线,按选定的标度作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板以F1和F2为邻边作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,即合力F的图示。 (2)用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中弹簧测力计的拉力F'的图示。 (3)比较F与F'是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。 5.注意事项 　　(1)位置不变:在同一次实验中,橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。 (2)角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~100°为宜。 (3)尽量减少误差 ①在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。 ②细绳应适当长一些,便于确定力的方向。 (4)统一标度:在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。 【典例1】(2019·安徽蚌埠市第三次质量检测)某小组利用橡皮筋(弹力满足胡克定律)“研究两个互成角度力的合成规律”，如图甲所示，把贴有白纸的木板放在水平桌面上，他们将完全相同的三根橡皮筋的一端都固定在结点O处，另一端分别系上细线，仍保证橡皮筋原长相同，测得原长L0＝4.40cm.沿平行于纸面的方向分别通过细线将三根橡皮筋拉至某一长度(在弹性限度内)，保持状态不变，如图乙所示，记录此时结点的位置和三根橡皮筋另一端的位置，量出三个端点到结点O的距离分别为L1＝9.40cm，L2＝8.40cm，L3＝7.40cm.若三根橡皮筋产生的弹力分别为F1、F2、F3，图中已作出F1的图示． (1)请根据F1的大小比例分别作出F2和F3的图示，并根据平行四边形定则画出F2和F3的合力F合； (2)请在图中画出与F2和F3共同作用效果相同的力F的图示．若F合与F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则． 变式1　(2019·辽宁大连市第二次模拟)某同学为了研究两个互成角度力的合成规律，设计了如下实验，实验原理图如图3甲所示．将三根细绳套系于同一点O，然后与同学配合，同时用三个弹簧秤分别拉住三根细绳套，以合适的角度向三个不同方向拉开．当稳定后，分别记录三个弹簧秤的读数． (1)关于下列实验操作不必要的步骤是________． A．要保证三根细绳套长度相等 B．实验时需要注意保证各弹簧秤及细绳套在同一水平面内 C．改变拉力重复实验，每次必须保证O点在同一位置 D．记录弹簧秤读数的同时，必须记录各拉力的方向 E．为完成平行四边形定则的验证，实验时还需要测量各拉力间的夹角 (2)某次实验测得弹簧秤读数分别为FA＝2.2N，FB＝2.4N，FC＝3.2N，请根据图乙记录的各力的方向，结合实验原理，在虚线框内画出力的图示，并作出相应的平行四边形加以验证． 图3 【典例2】某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB与OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。 　甲　　　　　　　　　　乙 (1)如果没有操作失误,图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是　　　　。  (2)本实验采用的科学方法是　　　　。  A.理想实验法　　　　　B.等效替代法 C.控制变量法 D.建立物理模型法 (3)实验时,主要的步骤是: A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上; B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套; C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记录下O点的位置,